(57)【要約】【課題】  ソーラーシミュレーターにおいて小型で簡素な光学系を用いて放射照度の場所むらを低減する。【解決手段】  ある範囲２４に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列２と、光源の配列２において点状光源２６が並ぶ面から離間して配置される有効照射域４と、光源の配列の範囲２を取り囲むように配置される反射ミラー６とを有するソーラーシミュレーター１０が提供される。好ましくは、光源の配列２の範囲２４の最外部に位置する点状光源と反射ミラー５の光反射面との間の距離Ｌが点状光源の配列のピッチａの半分とされ、さらに好ましくは、距離Ｌが各点状光源自体の幅ｂの半分より大きく、かつ点状光源のピッチの半分ａよりも小さくされる。
2011152081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該光源の配列における前記範囲を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。
【請求項２】
ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該有効照射域を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。
【請求項３】
ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該光源の配列から該有効照射域に向かう光が横切る面領域を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。
【請求項４】
前記点状光源が前記範囲において一定のピッチにて並んでおり、
前記点状光源のうち前記範囲の最外部に位置する点状光源の中心位置と前記反射ミラーの光反射面との間の距離が前記点状光源の前記ピッチの半分にされている
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーター。
【請求項５】
前記点状光源が前記範囲において一定のピッチにて並んでおり、
前記点状光源のうち前記範囲の最外部に位置する点状光源と前記反射ミラーの光反射面との間の距離が、最外部に位置する各点状光源自体の幅の半分より大きく、前記点状光源の前記ピッチの半分よりも小さくされている
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーター。
【請求項６】
前記点状光源が、単色の発光ダイオード、または、蛍光体と単色発光のチップとが一体化された発光ダイオードである
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーター。
【請求項７】
前記点状光源が、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはメタルハライドランプである
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーター。
【請求項８】
前記点状光源が、同一の発光態様の光源のみからなる
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーター。
【請求項９】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシミュレーターと、
該ソーラーシミュレーターに接続され、該ソーラーシミュレーターの前記光源の配列によって照射される光の量を制御する光量制御部と、
該ソーラーシミュレーターの前記有効照射域の少なくとも一部に受光面が配置される検査対象の太陽電池に電気的に接続され、電気的な負荷を与えながら該太陽電池の光電変換特性を測定する電気計測部と
を備える
太陽電池検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を検査するためのソーラーシミュレーターおよび太陽電池検査装置に関する。さらに詳細には、本発明は、点状光源による光源の配列を用いたソーラーシミュレーターおよびそのソーラーシミュレーターを用いた太陽電池検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産された太陽電池の光電変換特性を検査するために、所定の光を照射しながら太陽電池の電気的な出力特性が測定されている。この測定においては、一定の条件を満たす光を太陽電池に照射するための光源装置すなわちソーラーシミュレーターが利用されている。【０００３】
ソーラーシミュレーターにおいては、太陽光に近似した分光スペクトルの照射光を生成するため、例えばキセノンランプやハロゲンランプなどの発光体に適当なフィルターを組み合わせたものが光源とされる場合が多い。特に、量産される太陽電池を検査するためのソーラーシミュレーターには、上記分光スペクトルに加えて、太陽電池の受光面における光の強さすなわち放射照度（irradiance）を均一にするようにも注意が払われる。というのは、測定される光電変換特性に基づいて量産される太陽電池の品質管理が行なわれることから、測定結果は、別の太陽電池のものと比較または対照されるためである。以下、ソーラーシミュレーターにおいて太陽電池の測定のための光が照射される面を「照射面」、その照射面のうち、太陽電池の受光面が位置することが想定されている範囲を「有効照射域」という。また、有効照射域の各位置（場所）による放射照度の不均一さすなわち非一様性を、「放射照度の場所むら」と呼ぶ。なお、ＪＩＳ  Ｃ  ８９１２およびＪＩＳ  Ｃ  ８９３３には、４．２「放射照度の場所むら測定」が規定されている。また、ＩＥＣ６０９０４−９：２００７「Photovoltatic devices: Part 9  Solar simulator performance requirements」には用語として「３．１０ non uniformity of irradiance in the test plane（試験平面における照度の非一様性）」が定義されている。【０００４】
従来のソーラーシミュレーターにおいては、有効照射域内の放射照度を均一にするために、光源から照射面までのいずれかの位置に拡散光学系やインテグレート光学系が配置されている。これらの光学系は、光源からの光を拡散させたり集光させたりして光が伝播する距離の途中において光の向きを制御することにより、有効照射域において放射照度を均一化するための光学素子である。例えば、集積型太陽電池のような大面積の太陽電池の測定のために放射照度をこの従来の手法にしたがって均一化しようすると、光が伝播する距離を測定対象の太陽電池（被測定太陽電池）のサイズに合わせて増大させる必要が生じる。このため、大面積の太陽電池を均一化された放射照度によって照明する従来の手法のソーラーシミュレーターは大きな空間を占めざるを得ない。【０００５】
一方、ソーラーシミュレーターの光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源を平面状に配列した平板状の光源ユニットを利用することが提案されている（例えば、特許文献１：特表２００４−５１１９１８号公報、および特許文献２：特開２００４−２８１７０６号公報）。これらの提案のようにソーラーシミュレーターに平板状の光源ユニットを適用すると、平板状の光源ユニットをいくつかタイル状に並べることにより有効照射域を容易に拡大することが可能となる。このような平板状の光源ユニットを用いるソーラーシミュレーターでは、キセノンランプやハロゲンランプを用いるソーラーシミュレーターよりも光源から照射面までの光路長を短くすることが可能である。これは、光源と照射面の間には、放射照度を均一化するための大掛かりな光学系を必要としないためである。このように、平板状の光源ユニットを用いると、太陽電池の大型化への対応が容易になり、ソーラーシミュレーター自体の大型化も抑制しやすいという利点が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５１１９１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、様々な大きさの太陽電池を検査対象とする場合に求められるソーラーシミュレーターの特性の一つに、有効照射域の全てに渡って可能な限り放射照度が一定つまり一様であることが挙げられる。しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示される複数の固体光源が配列される平板状の光源ユニットを用いたソーラーシミュレーターにおいては、有効照射域の周縁部近傍において放射照度が低下しやすく、放射照度の場所むらが増大しやすいという問題がある。本発明は、有効照射域の周縁部近傍における放射照度の低下を防止し、放射照度の場所むらを低減したソーラーシミュレーターを提供することに貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本願の発明者らは、微小な発光体を有する光源（以下、「点状光源」という）を多数用いた平板状の光源の配列を用いるソーラーシミュレーターの構成を再検討した。このようなソーラーシミュレーターにおいて、有効照射域の各位置に入射する光は複数の点状光源から発光する光である。このため、有効照射域の各場所において光の照射に寄与する点状光源の数は、可能な限り一定であるのが望ましい。しかし、平板状の光源の配列を用いるソーラーシミュレーターにおいては、有効照射域の中央部において照射に寄与する点状光源の数が多くなるのに対し、有効照射域の周縁部近傍においてその数は中央部に比して少なくなる。発明者らは、有効照射域の周縁部近傍において放射照度が低下して放射照度の場所むらが大きくなる原因が、光の照射に寄与する点状光源の数が有効照射域の場所により相違すること、より具体的には、有効照射域の周縁部近傍において実質的に点状光源の数が減少することにあると考えた。【０００９】
そこで、本発明の発明者らは、点状光源を用いて放射照度の場所むらを可能な限り低減するためには、照射する光源の実質的な数に関して、有効照射域の周縁部近傍を中央部と同等にすることが有効であるとの結論に至った。具体的には、有効照射域の周囲に反射ミラーを配設することが有効である。その反射ミラーに行わせる機能は、有効照射域に対向する位置に配置される点状光源から有効照射域の外側に向かう光を、反射によって有効照射域の内側に向け直す（redirecting）機能である。【００１０】
すなわち、本発明のある態様においては、ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、該光源の配列における前記範囲を取り囲むように配置される反射ミラーとを備えるソーラーシミュレーターが提供される。【００１１】
さらに、本発明の別の態様においては、ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、該有効照射域を取り囲むように配置される反射ミラーとを備えるソーラーシミュレーターが提供される。【００１２】
加えて、本発明のさらに別の態様においては、ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、該光源の配列から該有効照射域に向かう光が横切る面領域を取り囲むように配置される反射ミラーとを備えるソーラーシミュレーターが提供される。【００１３】
本発明の上記態様において、光源の配列における範囲を「取り囲むように」配置される反射ミラーとは、典型的には、光源の配列に含まれる点状光源からその反射ミラーに入射する光を反射することによって、反射ミラーが光源の配列の範囲の側の空間に光を反射させるような光学的な機能を果たす配置を含んでいる。したがって、このように規定される反射ミラーは、光源の配列の範囲にとって外周に当たる位置の実質的な部分に配置されている反射ミラーを意味している。この反射ミラーについての規定は、光源の配列の範囲にとっての外周を隙間無く完全に囲むことを要するものではない。この点は、反射ミラーが取り囲むものが有効照射域である場合または面領域である場合も同様である。なお、「光源の配列」（an array of light sources）とは、任意の並びになっているいくつかの光源からなる光源の集合を指している。また、「点状光源」とは、微小な領域にて発光する光源を意味しており、幾何学的な意味での点からのみ光が放たれる光源には限定されない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のいずれかの態様によれば、太陽電池の光電変換特性を測定するためのソーラーシミュレーターにおいて、放射照度の場所むらを低減した均一性の高い光の照射が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のある実施形態の太陽電池検査装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のある実施形態の太陽電池検査装置におけるソーラーシミュレーターの概略構成を示す概略断面図（図２（ａ））と概略平面図（図２（ｂ））である。
【図３】本発明のある実施形態におけるソーラーシミュレーターにおいて、光源ユニット内の点状光源の典型的な配列を示す平面図である。
【図４】本発明のある実施形態におけるソーラーシミュレーターにおいて、光源ユニット内の点状光源の典型的な配列を示す平面図である。
【図５】本発明のある実施形態における光源の配列を拡大して示す断面図である。
【図６】従来のソーラーシミュレーターを採用する太陽電池検査装置によって測定した大型太陽電池と小型太陽電池の測定結果を示すグラフであり、電流電圧特性図（図６（ａ））と、電力特性（図６（ｂ））とである。
【図７】本発明のある実施形態におけるソーラーシミュレーターを採用する太陽電池検査装置によって測定した大型太陽電池と小型太陽電池の測定結果を示すグラフであり、電流電圧特性図（図７（ａ））と、電力特性（図７（ｂ））とである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態の太陽電池検査装置１００の概略構成を示す斜視図である。本実施形態の太陽電池検査装置１００は、ソーラーシミュレーター１０と光量制御部２０と電気計測部３０とを備えている。光量制御部２０は、ソーラーシミュレーター１０に接続され、ソーラーシミュレーター１０内部の光源の配列２によって照射される光２８の強度を制御する。また、電気計測部３０は、被測定太陽電池２００（以下、「太陽電池２００」という）に電気的に接続されており、その太陽電池２００に電気的な負荷を与えながら電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定する。この太陽電池検査装置１００は、ソーラーシミュレーター１０によって所定の放射照度とされた光２８を有効照射域４に位置する太陽電池２００の受光面２２０に対して照射する。この光が照射された状態で電気計測部３０によって測定された太陽電池２００の電流電圧特性からは、太陽電池２００の光電変換特性の数値指標として、例えば開放電圧値、短絡電流値、変換効率、曲線因子などの数値指標が求められる。なお、太陽電池２００は、ソーラーシミュレーター１０の有効照射域４の少なくとも一部に太陽電池２００の受光面２２０が位置するように配置されている。
【００１８】
［ソーラーシミュレーターの構成］
ソーラーシミュレーター１０の構造についてさらに説明する。図２は、本実施形態の太陽電池検査装置１００のソーラーシミュレーター１０の概略構成を示す概略断面図（図２（ａ））と概略平面図（図２（ｂ））である。概略断面図（図２（ａ））には太陽電池２００の配置が模式的に示されている。ソーラーシミュレーター１０は、光源の配列（an array of light emitters）２と有効照射域４と反射ミラー６とを備えている。
【００１９】
有効照射域４は、光源の配列２の発光面２２から離間して配置されている照射面８の一部であり、照射面８のうち、太陽電池２００の受光面２２０が位置することが想定されている範囲をいう。したがって、有効照射域４は、光源の配列２からの光２８を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池２００の受光面２２０が配置される領域となる。
【００２０】
［反射ミラー］
反射ミラー６は、光源の配列２の範囲２４を取り囲むように配置される。反射ミラー６の具体的な配置は典型的には以下のようなものである。まず、光源の配列２は、ある範囲２４にわたって平面状に散らばって並んでいる複数の点状光源２６を有している。その範囲２４とは、点状光源２６を含んで広がる面つまり発光面２２のうちの点状光源２６が並んでいる範囲の平面領域である。ここで、このように配置される光源の配列２の範囲２４と有効照射域４とのうち、いずれか一方を上面とし、他方を底面とするような柱状の立体を想定する。反射ミラー６が配置されるのは、その柱状の立体の側面の位置である。例えば、図２に示したように、光源の配列２の範囲２４と有効照射域４とがともに同一形状の矩形であれば、光源の配列２の範囲２４と有効照射域４と反射ミラー６とが四角柱をなしており、反射ミラー６がその四角柱の側面の位置に配置される。なお、図２に示した典型例において、光源の配列２の範囲２４は対応する有効照射域４と同一の形状にされている。また、有効照射域４と光源の配列２の発光面２２とは、互いに対して平行を保って離間された面の対をなしていて、反射ミラー６は、有効照射域４と光源の配列の発光面２２との両方に対して垂直に向いている。
【００２１】
反射ミラー６に期待される機能は、有効照射域４の周縁部近傍４２における放射照度の低下を防止する機能である。すなわち、光源の配列２のうち、有効照射域４の周縁部近傍４２に対応する点状光源２６Ａから発した光２８Ａは、その一部である有効照射域４の外縁４６よりも外側に向かう光線が反射ミラー６に入射する。反射後の光２８Ａは、有効照射域４と光源の配列２の発光面２２との両者に垂直な成分（図２（ａ）の紙面の上下方向の成分）を保ったまま反射ミラー６の法線方向の成分（図２（ａ）の左右方向の成分）を反転させて進むため、有効照射域４の周縁部４２にとっては、あたかも反射ミラー６の外側から照射されるかのような照射光となる。この反射の効果によって、有効照射域４の周縁部４２においても放射照度の低下が低減される。このような機能を得るために、反射ミラー６は上述した典型例のように配置される。反射ミラー６の反射機能は、典型的には有効照射域４の存在する側の面６２、つまり図２（ｂ）の内側に向く反射ミラー６の面６２に対して提供される。
【００２２】
反射ミラー６は、光源の発光スペクトル（放射スペクトル）における波長域すなわち発光波長帯域で、十分な反射率を有するミラーが選択される。たとえば、金属をガラスなどの基板（substrate）に層状に形成した金属反射鏡や、誘電体薄膜を基板に多層膜として形成した誘電体多層膜反射鏡が使用される。反射ミラー６の反射率は、可能な限り高い方が好ましい。例えば、発光波長帯域において反射率は９０％以上とすることが好ましい。
【００２３】
さらに、反射ミラー６の機能によって、有効照射域４の周縁部近傍４２の位置から光源側を見た際には、光源の配列２が反射ミラー６によって折り返されて光源の像２６Ｂ（図２（ａ））が形成される。このため、反射ミラー６の位置を適切に定めて光源の配列２の各光源２６を有効照射域４からみると、光源の配列２があたかも反射ミラー６の外側にも広がっているかのように観察される。このため、有効照射域４の周縁部近傍４２においても、有効照射域４の中央部４４と同様に多数の点状光源２６からの光が入射することとなる。
【００２４】
さらに、ソーラーシミュレーター１０においては反射ミラー６が光源の配列２の範囲２４を取り囲むようになっているため、光源の配列２から様々な方向に向かう光を反射ミラー６によって光源の配列２の範囲２４に向け直すことが可能となっている。
【００２５】
太陽電池２００の配置は、ソーラーシミュレーター１０の光源の配列２に受光面２２０を向けて配置される。図２のソーラーシミュレーター１０の配置における太陽電池２００は、具体的には例えばガラス製の天板４８の上面に載置されており、図２（ａ）の紙面の下方に受光面２２０を向けている。この配置において照明のための光２８は、図２（ａ）において下方から受光面２２０に向けて照射される。
【００２６】
図２（ａ）に示したソーラーシミュレーター１０の天板４８には、ガラスの板材のように光を透過させる部材が用いられている。この場合、有効照射域４は光源の配列２の発光面２２に対応するように離間して配置される天板４８の両面のうち、図２（ａ）の向きでの上面となる照射面８の一部である。したがって、例えば、天板４８がガラス製である場合の有効照射域４は、図２（ａ）の下方の光源の配列２からの光を、天板４８を通して受ける。つまり、有効照射域４は、図２（ａ）の紙面上の上方に表面を向けている照射面８の一部として規定されていると同時に、下方からの光を受光している。なお、図２（ａ）においてソーラーシミュレーター１０は図の下方から光２８が照射される向きに描かれているが、ソーラーシミュレーター１０の配置や光２８の照射の方向は特段限定されるものではない。例えば、ソーラーシミュレーター１０の配置や光２８の照射の方向が、任意の向き、すなわち、光２８の照射の方向が横向きや下向きとなるようにソーラーシミュレーター１０が配置されてもかまわない。これらの場合には、上述した天板４８は必要とされないため、有効照射域は別の態様によって規定される。例えば光２８の照射の方向が横向きの場合には、太陽電池の面は鉛直方向を含むため、一例としては開口の範囲によって有効照射域が規定される。また、光の照射を同様に下向きの場合には、太陽電池は、受光面を上向きにして、受光面とは反対の面を下向けにして支持平板によって下方から支持される。この場合の有効照射域は、例えば支持平板のうち太陽電池を支持する面の範囲によって規定される。
【００２７】
［光源の配列］
光源の配列２は、発光面２２の範囲２４のように平面状に並ぶ複数の点状光源２６を備えている。光源の配列２の範囲２４は例えば矩形とされていて、その矩形の範囲２４においては、点状光源２６が縦横に一定のピッチにて並ぶ配列に配置されている。このピッチは、点状光源２６のうち最も近接した二つの点状光源の中心の間の距離である。光源の配列２は、図２に示したように、例えば光源ユニット２Ａを一つ以上含む集合からなるように構成することも可能である。図２（ｂ）では、同一の構成の光源ユニット２Ａが４つ配列されて光源の配列２を構成している。この場合の光源ユニット２Ａは、例えば平板状の回路基板（circuit board）に配列された複数の点状光源２６を含んでおり、各点状光源２６はその回路基板に配置されて支持されている。
【００２８】
本実施形態において、光源の配列２における各点状光源２６は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源（固体発光素子）とすることができる。ここで、発光ダイオードを利用する点状光源２６の発光態様は特には限定されない。すなわち、例えばある狭い波長範囲に発光スペクトルが集中している単一色の発光態様の発光ダイオードを採用することができる。これ以外にも、蛍光体と単一色発光のチップとが一体化された発光ダイオードを用いることにより、より広がった発光スペクトルを提供する発光態様の固体光源も採用することができる。
【００２９】
好ましくは、光源の配列２に含まれる点状光源２６は、すべてが同一の発光態様の光源とされる。すなわち、例えば光源が発光ダイオードである場合には、同一の発光スペクトルを示すように製造された同一種の発光ダイオードをすべての点状光源２６に採用することが好ましい。というのは、例えば発光波長が異なるいくつかの種類の発光ダイオードを混在させて光源の配列２を作製すると、有効照射域４における放射照度分布が波長に依存するためである。これに対し、同一の発光スペクトルを示すように製造された同一種の発光ダイオードを用いると、有効照射域４における放射照度の分布は発光スペクトル内のいずれの波長でもほぼ同様となる。個々の各点状光源２６の波長依存性が抑制されるためである。
【００３０】
なお、本実施形態の点状光源２６として利用可能なものには、発光ダイオードのほか、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどの各種の光源が含まれている。また、太陽電池検査装置１００のためのソーラーシミュレーター１０においては、光源の配列２として光源ユニット２Ａを複数個タイル状に配列することにより、光源の配列２の面積すなわち有効照射域４を容易に拡張することができる。図1に示したソーラーシミュレーター１０では、光源ユニット２Ａは４個がタイル状に配列されている。
【００３１】
図３は、本実施形態のソーラーシミュレーター１０において、各光源ユニット２Ａ内の点状光源２６の典型的な配列を示す平面図である。本実施形態のソーラーシミュレーター１０に用いられる点状光源２６は格子状に配列されており、点状光源２６の各々は規則性を有する位置（格子点）に置かれている。このため、光源ユニット２Ａにおいても点状光源２６は格子状の配列パターンとなっている。その配列パターンは、図３のような正方格子のほか、三角格子としても構わない。図４は、三角格子を採用する変形例の光源ユニット２Ｂにおける点状光源２６の典型的な配列を示す平面図である。本実施形態においては、これらの配列以外にも、例えばハニカム格子の配列パターン（図示しない）を用いることも可能である。
【００３２】
本実施形態において、配列されている点状光源２６の密度、すなわち単位面積当たりの点状光源２６の個数は、主として、必要な放射照度と各点状光源２６の発光の強度（放射束）とを考慮して決定される。例えば、有効照射域４を照射する光の放射照度を大きくするためには、点状光源２６の密度が高くされて点状光源２６の総数が増大される。点状光源２６それぞれの放射束が弱い場合にも、同様に点状光源２６の密度が高められる。
【００３３】
一方、光源の配列２の発光面２２から有効照射域４までの距離は、主として、点状光源２６の配光特性すなわち光の放射角特性を考慮して決定される。例えば、配光特性が狭く、特定の方向に光束を集中させて発光する点状光源２６を用いる場合には、その発光面２２から有効照射域４までの距離は大きくされる。その逆に、配光特性が広く、広い方向に光束を広げて発光する点状光源２６を用いる場合には、その距離は小さくされる。配光特性が狭い点状光源２６を用いる場合に発光面２２から有効照射域４までの距離を小さくすると、点状光源２６それぞれが有効照射域４の各場所に対して示す照度分布が放射照度の場所むらを増大させるためである。なお、本実施形態においては、反射ミラー６が配置されるため、発光面２２から有効照射域４までの距離を離しても有効照射域４の放射照度が大きく低下することはない。
【００３４】
［反射ミラーの配置と放射照度の場所むらとの関係］
図５は、本実施形態のソーラーシミュレーター１０の構成を示す拡大断面図であり、図２（ａ）に示した左下の部分を拡大して示すものである。本実施形態のソーラーシミュレーター１０においては反射ミラー６が用いられるため、有効照射域４の周縁部近傍４２の放射照度は中央部４４に比して低下しにくくなる。有効照射域４における放射照度の均一性をより高めて放射照度の場所むらを低減するには、光源の配列２と反射ミラー６の相対的な配置を適切に設定することが重要である。図５に示したピッチａと距離Ｌとをどのように設定するかによって、放射照度の場所むらが影響を受けるのである。なお、ピッチａは光源ユニットの点状光源の配列のピッチであり、距離Ｌは、光源の配列において最もミラー寄りの最外部にある点状光源の中心位置と反射ミラー６の反射面となる面６２との間の距離である。以下、ピッチａと距離Ｌとの関係を特定した具体的な反射ミラー６の配置を、本実施形態の構成を有するソーラーシミュレーター１０の実施例に基づいてさらに説明する。
【００３５】
［実施例１］
本実施形態のソーラーシミュレーター１０のある実施例（実施例１）においては、反射ミラー６がａ／２＝Ｌを満たすように配置される。なお、反射ミラー６はいわゆる表面鏡であり、有効照射域４のある内側表面６２が反射性を示す面となっている。その反射ミラー６には、発光波長帯域において垂直入射光に対して９０％の反射率を示す金属蒸着面を用いた。
【００３６】
図６は、実施例１のソーラーシミュレーターの構成における有効照射域４の各位置の放射照度分布を示す数値計算結果である。この放射照度の分布は光線追跡法によって算出し、有効照射域の各位置に対して計算された放射照度の値を点の密度によって表現している。なお、図６の右端には、点の密度を放射照度の数値に対応づける凡例を示している。ここで、放射照度の計算のために用いた各光学要素の配置を設定するためのパラメータは次のとおりである。点状光源２６は、正方格子の格子点に１０行１５列の合計１５０個並べ、そのピッチａを１００ｍｍとした。反射ミラー６は、点状光源２６のうち最外周の点状光源２６の中心からの距離Ｌが５０ｍｍとなるように配置して、ａ／２＝Ｌを満たすようにした。各点状光源２６の発光部の幅ｂは２ｍｍとした。各点状光源２６は、放射角特性が±６０°の発光ダイオード、つまり、光の放射方向の中心（０°）から極角６０°以内の円錐の角度範囲のみに光が放射される発光ダイオードとした。また、発光ダイオードは、青色発光のチップに蛍光体を組み合わせて白色を得る白色発光ダイオードとした。反射ミラー６には、照射光の発光波長帯域の全域における垂直入射に対する反射率の値が９０％のミラーを用いた。光線追跡の計算に際し、傾斜方向の反射ミラー６の反射率は、Ｓ偏光とＰ偏光の平均の反射率として各傾斜角に対して与えた。有効照射域４は、図６の紙面上の縦１０００ｍｍ×横１５００ｍｍの矩形の範囲とし、光源の配列２の範囲２４と有効照射域４との間の距離は５００ｍｍとした。
【００３７】
この図６に示されるように、ａ／２＝Ｌを満たすように反射ミラー６を配置する実施例１のソーラーシミュレーターは、放射照度の値が良好な一様性を示した。具体的には、有効照射域４のうち最大放射照度および最小放射照度は、それぞれ、８７．４Ｗ／ｃｍ２および８２．８Ｗ／ｃｍ２であり、これらの値から計算される放射照度の場所むらは、±２．３％であった。なお、放射照度の場所むらの算出方法は、ＪＩＳ  Ｃ  ８９３３に基づいて算出し、その際の測定点数は、１７点としている。図６には、最大放射照度および最小放射照度の値が得られた位置とそれぞれの値を明示している。
【００３８】
本願発明者らは、実施例１のソーラーシミュレーターにおいて算出された図６の放射照度と、有効照射域４の中央部４４と周縁部近傍４２とにおける放射照度の値とから、周縁部近傍４２の放射照度の低下による放射照度の場所むらはさらに減少させることが望ましいと考えた。特に、発明者らの検討によれば、この放射照度の低下の度合いは、反射ミラー６の反射率が低下するにしたがって顕著となる。このため、反射ミラー６の反射率は高い値であるほど好ましく、本実施形態における反射ミラー６には、好ましくは、例えば照射光の発光波長帯域の全域における垂直入射に対する反射率の値が９０％以上のものが採用される。
【００３９】
［実施例２］
現実の反射ミラーには完全な反射すなわち１００％の反射率は期待し得ない。反射損失が完全には防ぎきれないためである。そこで、発明者らは、現実の反射ミラーの特性を考慮した上で、有効照射域４における放射照度の一様性をさらに高めるための方策を検討した。特に注目したのは、現実の反射ミラー６において生じる反射損失を補償するような構造が実現可能かどうかである。発明者らは、反射ミラー６の位置をさらに精密に調整することによってそのような補償効果を発揮する構成を見出した。以下、実施例２としてその構成を示す。
【００４０】
本実施形態の別の実施例（実施例２）のソーラーシミュレーターでは、上述した実施例１の反射ミラー６の位置をさらに内側に移すことにより、反射ミラー６における反射に不可避な反射損失を補償することとした。具体的には、距離ＬがＬ＝ａ／４を満たすように反射ミラー６を配置してその配置での放射照度の分布を計算した。ここで、距離Ｌ、ピッチａが指すものは、図５に関連して実施例１に説明したものと同様である。
【００４１】
図７は実施例２のソーラーシミュレーターの構成における有効照射域４の各位置の放射照度分布である。この放射照度の分布は実施例１と同様に光線追跡法によって算出したものである。また、上述した各配置のためのパラメータは、反射ミラー６は、最外周の点状光源の中心からの距離Ｌを２５ｍｍとした以外は、実施例１と同様とした。
【００４２】
図７に示すように、実施例２のソーラーシミュレーターにおける有効照射域４の放射照度は、実施例１の場合よりもさらに良好な一様性を示した。具体的には、有効照射域４における放射照度の最大値および最小値は、それぞれ、８６．４Ｗ／ｃｍ２および８３．５Ｗ／ｃｍ２であった。これらの値から算出される放射照度の場所むらは、±１．７％であった。なお、これらの計算に用いた測定点数は実施例１と同様である。
【００４３】
以上に述べたように、本実施形態においては、反射ミラー６の反射率を高めることによって有効照射域４の周縁部近傍４２における放射照度の低下を防止することが可能となり、ひいては、放射照度の場所むらが低減されたソーラーシミュレーターを作製することが可能となる。加えて、本実施形態においては、反射ミラー６の位置を調整することにより、放射照度の場所むらをさらに低減して光を照射するソーラーシミュレーターを作製すること可能となる。
【００４４】
＜第１実施形態の変形例＞
上述した第１実施形態は、その利点を維持したまま様々に変形することができる。代表的な変形例を以下説明する。
【００４５】
まず、反射ミラーの位置は、実施例２の利点を保ってさらに調整することができる。つまり、反射ミラーの位置は、放射照度をより精密に均一化するように、実際に用いる反射ミラーの特性等の諸条件が変化するのに合わせて調整されるのが好ましい。というのは、現実の反射ミラーの反射損失が反射ミラーの種類や光の波長、入射角などの各種の条件に依存する以上、例えば距離ＬがＬ＝ａ／４を満たすものに限定される訳ではないからである。この調整によって反射ミラーの反射損失を補償する実施例２のような効果を得られる一般的な条件は、距離Ｌが満たすべき条件によって特定することが可能である。具体的には、反射ミラーの反射損失を補償するためには、距離Ｌがｂ／２＜Ｌ＜ａ／２の関係を満たすように反射ミラーを設置することが好ましい。ここで、距離Ｌ、ピッチａの指すものは上述した実施例１と同様であり、さらに、個々の点状光源の幅を幅ｂとしている。
【００４６】
より具体的には、まず、距離Ｌはａ／２未満とするのが好ましい。上述したように現実の反射ミラーでは反射損失が避けられない。この反射損失を補償するためには、反射ミラーがより内側に位置することが有効だからである。また、距離Ｌはｂ／２を超えるのが好ましい。反射ミラーは、光源の配列において反射ミラー寄りにある最外部の点状光源よりも外側に配置される必要があるためである。したがって、これらが同時に成立するような、ｂ／２＜Ｌ＜ａ／２の不等式が満たされる距離Ｌが好ましい値の範囲となる。なお、上述した実施例２では、ａの値を１００ｍｍ、ｂの値を２ｍｍとしているため、距離Ｌを２５ｍｍとしても、ｂ／２＜Ｌ（＝ａ／４）＜ａ／２の関係は成立している。また、距離Ｌに対してｂ／２＜Ｌであることを要求するのは、最外部の点状光源との干渉を防止することにあるため、ここでの幅ｂは最外部の点状光源の幅とされる。
【００４７】
上述した条件の範囲内においてこの距離Ｌをさらに精密に決定するためには、種々の条件が加味される。その条件には、例えば、反射ミラーの反射率、光源から照射面までの距離、点状光源の配列のピッチ、および点状光源の放射角度が考慮される。ここで、有効照射域の周縁部近傍の均一性の低下は、おもに反射ミラーの反射損失すなわち吸収によって引き起こされる放射照度の低下に起因する。一方、距離Ｌを短くすることの効果は、有効照射域の周縁部において放射照度が増大されることである。このため、距離Ｌを短くするのが望ましいのは、有効照射域において、より内側にまで反射した光が到達するような場合、すなわち、有効照射域における反射光の影響が大きい場合となる。したがって、例えば、距離Ｌがより小さくされるのが好ましい条件の例を列挙すると、反射ミラーの反射率がより小さい場合、光源から照射面までの距離がより大きい場合、点状光源の配列のピッチがより狭い場合、そして、点状光源の放射角度がより広い場合、となる。
【００４８】
＜他の実施形態＞
第１実施形態として上述した実施形態は、ソーラーシミュレーターにおける反射ミラーの構成を別の観点から規定することによって別の実施態様としても把握される。すなわち、第１実施形態のソーラーシミュレーター１０において、反射ミラー６が有効照射域４を取り囲むように配置されている点に注目する。反射ミラー６がこのように構成されていることは、ソーラーシミュレーター１０が第１実施形態にて上述した効果を奏する理由の一つである。というのは、反射ミラー６のうち、有効照射域４に近い部分つまり図２（ｂ）の上方の部分６６は、光源の配列２に近い部分つまり図２（ａ）の下方の部分６４に比べると、有効照射域４の周縁部近傍４２の放射照度に対して大きい影響を及ぼすためである。反射ミラー６のうち上方の部分６６は、有効照射域４を囲む部分であるため、有効照射域４を取り囲む部分の反射ミラー６も有効照射域４の放射照度の均一化に寄与している。このように、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置することは、放射照度の場所むらを軽減するために有用である。なお、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置する場合であっても、有効照射域の外周を隙間無く完全に反射ミラーが囲むことは必須とはされない。典型的には、図２（ａ）に示したように、有効照射域４がガラス製の天板４８の上面に位置していて、反射ミラー６がその天板４８の下面まで延びている構成では、有効照射域４と反射ミラーの上端との間には、天板４８の厚みだけの光学的な隙間が存在してしまう。このような隙間が存在する第１実施形態のソーラーシミュレーター１０の反射ミラー６であっても、有効照射域４を取り囲むように配置されている例となる。
【００４９】
上述した第１実施形態は、さらに一般的な別の実施形態として、光源の配列から有効照射域に向かう光が横切る面領域を反射ミラーが取り囲むような構成としても規定することができる。この面領域が想定される面は、典型的には、光源の配列から有効照射域に向かう光が通る空間を、光源の配列側と有効照射域側との二つの空間に仕切る任意の面である。面領域が想定される面は、光源の配列から有効照射域までの中間といった任意の位置において規定される。そして面領域の形状は、典型的には、光源の配列の範囲または有効照射域のいずれかまたは両方に相似なまたは合同な形状とされる。図２（ａ）には、このような典型的な面領域としての面領域７０の位置の例を仮想線（二点鎖線）によって示している。ここでの面領域７０は、有効照射域４と合同な平面形状とされている。なお、実施形態１のソーラーシミュレーター１０の反射ミラー６は、面領域７０を取り囲むようにも配置されている。反射ミラー６のうち、このように規定される面領域７０を囲む部分も、有効照射域４における放射照度の均一化に寄与している。
【００５０】
このように、上述したいずれの実施形態も、第１実施形態の効果を得られものであり、第１実施形態と同様の好ましい形態によって実施することができる。すなわち、光源の配列における各点状光源を発光ダイオードとすること、点状光源のすべてを同一の発光態様の光源とすること、点状光源としてハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどの各種の光源を用いること、光源の配列として光源ユニットを複数個タイル状に配列することは、いずれの実施形態においても採用されうる。そして、いずれの実施形態においても、実施例１および実施例２として示した具体的な点状光源と反射ミラーの配置を採用することが可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、放射照度の一様性の高いソーラーシミュレーターを提供することが可能となる。このため、種々の面積の太陽電池を生産する生産工程において太陽電池の検査を精度良く行うことが可能となって、高品質な太陽電池の生産に寄与するとともに、そのような太陽電池を一部に含むような任意の電力機器または電気機器の普及にも貢献する。
【符号の説明】
【００５３】
１００  太陽電池検査装置
１０  ソーラーシミュレーター
２  光源の配列
２Ａ  光源ユニット
２Ｂ  光源の像
２０  光量制御部
２２  発光面
２４  範囲
２６、２６Ａ  点状光源
２８、２８Ａ  光
２００  太陽電池
２２０  受光面
３０  電気計測部
４  有効照射域
４２  周縁部近傍
４４  中央部
４６  外縁
４８  天板
６  反射ミラー
６２  面
７０  面領域
８  照射面
【図１】
2011152081.tif 000003
【図２】
2011152081.tif 000004
【図３】
2011152081.tif 000005
【図４】
2011152081.tif 000006
【図５】
2011152081.tif 000007
【図６】
2011152081.tif 000008
【図７】
2011152081.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月6日(2012.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】［光源の配列］  光源の配列２は、発光面２２の範囲２４に平面状に並ぶ複数の点状光源２６を備えている。光源の配列２の範囲２４は例えば矩形とされていて、その矩形の範囲２４においては、点状光源２６が縦横に一定のピッチにて並ぶ配列に配置されている。このピッチは、点状光源２６のうち最も近接した二つの点状光源の中心の間の距離である。光源の配列２は、図２に示したように、例えば光源ユニット２Ａを一つ以上含む集合からなるように構成することも可能である。図２（ｂ）では、同一の構成の光源ユニット２Ａが４つ配列されて光源の配列２を構成している。この場合の光源ユニット２Ａは、例えば平板状の回路基板（circuit board）に配列された複数の点状光源２６を含んでおり、各点状光源２６はその回路基板に配置されて支持されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】＜他の実施形態＞  第１実施形態として上述した実施形態は、ソーラーシミュレーターにおける反射ミラーの構成を別の観点から規定することによって別の実施態様としても把握される。すなわち、第１実施形態のソーラーシミュレーター１０において、反射ミラー６が有効照射域４を取り囲むように配置されている点に注目する。反射ミラー６がこのように構成されていることは、ソーラーシミュレーター１０が第１実施形態にて上述した効果を奏する理由の一つである。というのは、反射ミラー６のうち、有効照射域４に近い部分つまり図２（ａ）の上方の部分６６は、光源の配列２に近い部分つまり図２（ａ）の下方の部分６４に比べると、有効照射域４の周縁部近傍４２の放射照度に対して大きい影響を及ぼすためである。反射ミラー６のうち上方の部分６６は、有効照射域４を囲む部分であるため、有効照射域４を取り囲む部分の反射ミラー６も有効照射域４の放射照度の均一化に寄与している。このように、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置することは、放射照度の場所むらを軽減するために有用である。なお、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置する場合であっても、有効照射域の外周を隙間無く完全に反射ミラーが囲むことは必須とはされない。典型的には、図２（ａ）に示したように、有効照射域４がガラス製の天板４８の上面に位置していて、反射ミラー６がその天板４８の下面まで延びている構成では、有効照射域４と反射ミラーの上端との間には、天板４８の厚みだけの光学的な隙間が存在してしまう。このような隙間が存在する第１実施形態のソーラーシミュレーター１０の反射ミラー６であっても、有効照射域４を取り囲むように配置されている例となる。
【国際調査報告】
2011152081.tif 000010
2011152081.tif 000011
2011152081.tif 000012
2011152081.tif 000013